Kabel-Stabilität und Abschirmungs-Effektivität HF-Charakteristika von langen Mikrowellenkabeln

Die Phasenstabilität, Impedanz und Abschirmeffektivität von langen Mikrowellen-Koaxialkabelsystemen sind noch wenig dokumentiert. Der Beitrag diskutiert wesentliche Parameter und Verfahren.

Anbieter zum Thema

SAB Bröckskes GmbH & Co KG

MES Electronic Connect GmbH & Co. KG

Würth Elektronik eiSos GmbH & Co. KG

Inhalt dieses Beitrags ist die Phasenstabilität, die Impedanz-Reproduzierbarkeit und die Abschirmeffektivität fertig montierter HF-Kabel, die länger als 6 m sind. Stabilität und die Abschirmungs-Effektivität fertig montierter Kabelsysteme großer Länge sind bisher kaum dokumentiert, weil einerseits nur eine geringe Zahl von Anfragen für derartige Kabelsysteme besteht und andererseits keine standardisierten Testprozeduren existieren.

Die Phasen- und Impedanz-Reproduzierbarkeit wird in diesem Beitrag unter mechanischer Belastung diskutiert. Die Untersuchungen wurden an einen speziellen Koaxialkabel des Typs Gore Mikrowellen-/HF-Testkabelkabelsystem durchgeführt, das typischerweise in einer Umgebung mit gelegentlichem Auf- und Abwickeln beziehungsweise Verwinden sowie zufälligen Bewegungen zum Einsatz kommt.

Die Prüfung wurde auf einer Mikrowellen/HF-Testanordnung des Typs Gore PHASEFLEX an dem Mikrowellen-/HF-Testkabel EJ mit verbesserter Phasenstabilität von cirka 15 m Länge ausgeführt. Die Maximalfrequenz betrug 18 GHz. Der Außendurchmesser des Kabels mit Litze lag bei rund 7,7 mm, der minimale Biegeradius bei 25,4 mm (1 Zoll).

Die Prüfung erfolgte mit einem vektoriellen Netzwerkanalysator (Hewlett Packard 8510C mit S-Parameter-Testset 8517B), einem Kalibrierkit (Hewlett Packard 85052B), einem Spektrumanalysator (Hewlett Packard 70000) und einer Modenverwirbelungskammer mit Abmessungen von 2,45 mm x 2,45 mm x 2,45 mm. Alle Prüfungen wurden bei Umgebungstemperaturen von ungefähr 20 °C und einem Luftdruck durchgeführt, der Normal Null (NN) entspricht.

Die Stabilitätstests erfolgten entsprechend der Prinzipskizze in Bild 1. Zunächst führten die Ingenieure eine vollständige 2-Port-Kalibrierung des Netzwerkanalysators in 801 Messpunkten für den Frequenzbereich 0,066 bis 26,5 GHz durch. Um dabei eine normale Handhabung zu simulieren, wickelten sie das fertig montierte Kabel einige Male auf und ab, bevor sie mit dem eigentlichen Test begannen. Danach wurde das Kabel in Schlaufen übereinander gelegt, die jeweils einen Durchmesser von ungefähr 30 cm aufwiesen. Das aufgewickelte Kabelsystem wurde mit dem Netzwerkanalysator verbunden (3,5-mm-Buchse an Port 1, 3,5-mm-Kontaktstift an Port 2), um die S-Parameter zu ermitteln. Dieser Datensatz erhielt den Namen „Initial Coil Data“.

Anschließend wurde nur die Verbindung des Kabelsystems mit Port 2 gelöst, das Kabel auseinander gewickelt und in Form eines großen U auf dem Boden des Labors ausgelegt. Danach wurden die Verbindung an Port 2 wiederhergestellt und die S-Parameter gemessen. Dieser Datensatz erhielt den Namen „Uncoiled Data“.

Das Kabelsystem wurde von Port 2 des Netzwerkanalysators abgeklemmt und wieder in Schlaufen von ungefähr 30 cm Durchmesser zusammengelegt. Dieses erneute Aufwickeln führte man in der gleichen Richtung durch wie beim ursprünglichen Zusammenlegen des Kabels. Nun wurde die Verbindung an Port 2 wiederhergestellt und die S-Parameter ermittelt. Dieser Datensatz erhielt den Namen „Return Coil Data“.

Die S-Parameter-Daten für „uncoiled“ und „return coil“ wurden mit den S-Parameter-Datensätzen von „initial coil“ normiert. Mit dem Datensatz „initial coil“ als Bezug lässt sich jetzt beobachten, wie der Phasengang und die Impedanz des Kabelsystems von einem bekannten Zustand abweichen. Dabei wird angenommen, dass sämtliche Abweichungen von physikalischen Manipulationen des getesteten Kabelsystems herrühren.

Die Prüfung der Abschirmeffektivität wurde in der Gore-eigenen Modenverwirbelungskammer durchgeführt. Die Tests erfolgten zwischen 1,0 und 18,0 GHz in 1-GHz-Schritten gemäß MIL-STD-1344A, Method 3008.

Vor jedem Test ermittelten die Ingenieure das Grundrauschen der Testumgebung sowie den aktuellen Dynamikbereich der Messgeräte. Der Großteil der Testkabel und Steckverbinder wurde innerhalb des Wirkungsvolumens der Modenverwirbelungskammer gehalten.

Die Untersuchung wurde wie in Bild 2 dargestellt durchgeführt. Dabei wurde das Kabelsystem in Schlaufen mit einem Durchmesser von etwa 30 cm zusammengelegt und anschließend auf einem nicht leitenden Sockel in der Mitte der Modenverwirbelungskammer platziert. In dieser Konfiguration wurden zwei Datensätze ermittelt, wobei in einem Fall die Stecker des Kabelsystems mit feiner Stahlwolle umwickelt waren und im anderen Fall keine Umwicklung verwendet wurde. Durch Vergleiche der Abschirmeffektivität des Kabelsystems mit umwickelten und mit nicht umwickelten Steckverbindern lässt sich leichter ermitteln, ob der Steckverbinder oder das Kabel die für die Hochfrequenz undichte Stelle darstellt.

Stahlwolle dient als zusätzliches Abschirmmaterial, wenn sie um die Steckverbinder des Kabelsystems gewickelt wird; diese Technik kommt ausschließlich für Testzwecke zum Einsatz.

Zum Abschluss wurde das Kabelsystem bei ansonsten gleich bleibenden Testbedingungen in lockeren Schlaufen über ein nichtleitendes Seil in der Modenverwirbelungskammer gehängt. Die Tests wurden mit und ohne Stahlwolle-Umwicklung der Steckverbinder durchgeführt.

(ID:32364710)